一种基于车联网的车辆混合动力驱动控制系统及控制方法与流程

本发明属于车辆驱动技术领域，尤其涉及一种基于车联网的车辆混合动力驱动控制系统及控制方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：

混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式。优点在于车辆启动停止时，只靠电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低。而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。随着世界各国环境保护的措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用性价值并已有商业化运转的模式，只有混合动力汽车。混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。然而，在驾驶混合动力汽车上坡时，由于驾驶员往往在爬到一定坡度才会加油门，或车速降低到一定速度时才会触发驱动模式的转换，而这时的驱动转换会因为在短时间内形成驱动力的不足而造成汽车抖动，降低用户体验；在下坡时，混合动力汽车一般不再需要额外的驱动力对汽车进行驱动，但混合动力汽车自身无法识别当前处于下坡状态，因此会保持当前驱动模式继续进行驱动，则会造成能源的浪费；同时现有车辆采用的分离合器的换挡方法，主要有以下缺点：摘挡时需要驾驶员踩下离合器，挂档完成后再松开离合器，增加了驾驶员的驾驶疲劳度；换挡时间主要取决于驾驶员的手动换挡速度；离合器在分离、结合阶段都会有磨损；如果换挡时间长，车辆存在换挡冲击，舒适性不好。

综上所述，现有技术存在的问题是：

在驾驶混合动力汽车上坡时，由于驾驶员往往在爬到一定坡度才会加油门，或车速降低到一定速度时才会触发驱动模式的转换，而这时的驱动转换会因为在短时间内形成驱动力的不足而造成汽车抖动，降低用户体验；在下坡时，混合动力汽车一般不再需要额外的驱动力对汽车进行驱动，但混合动力汽车自身无法识别当前处于下坡状态，因此会保持当前驱动模式继续进行驱动，则会造成能源的浪费；

同时现有车辆采用的分离合器的换挡方法，主要有以下缺点：摘挡时需要驾驶员踩下离合器，挂档完成后再松开离合器，增加了驾驶员的驾驶疲劳度；换挡时间主要取决于驾驶员的手动换挡速度；离合器在分离、结合阶段都会有磨损；如果换挡时间长，车辆存在换挡冲击，舒适性不好，还具有电动机经常会出现过载深度波动断续过载的问题；

gps定位器中的滤波器对数据的融合效果不够稳定，跟踪的数据不准确。无线通信的安全性有待提高，加密复杂度高，解密速度慢的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于车联网的车辆混合动力驱动控制系统。

本发明是这样实现的，一种基于车联网的车辆混合动力驱动控制方法，所述基于车联网的车辆混合动力驱动控制方法包括：

通过动力模块改进后的基于热模型由发动机和电动机给车辆提供动力；式中:t′(t)为电动机的温升；i′(t)为电动机的电流；c为电动机的热容量系数；h为电动机的散热系数；r为电动机的定子电阻；

通过定位模块集成的gps定位器中的组合定位系统模型建立东-北-天空间坐标系，状态向量为：x＝[enusφh]^t，对车辆进行位置定位；其中：e为“东-北-天”坐标系东向坐标，n为北向坐标，u为海拔，s为步长，φ为航向角，h为高度；

对车辆进行位置定位后，还需进行位置跟踪，利用mrd算法根据鲁棒统计来改进图像相关性度量方法，利用鲁棒估计函数对象素灰度差进行加权后求和；目标呈点状分布，采用目标特征关联的方法跟踪目标消除干扰对跟踪的影响；当目标进行快速机动时或者存在目标遮挡时，采用自适应滤波器和卡尔曼滤波相结合的方法实现目标参数的滤波预测；

中央控制模块通过无线通信模块利用无线信号连接网络服务器，获取网络信息数据；

无线通信模块连接网络服务器中，通过加密方法进行数据的处理与传输；其中，传输条件为：

若char(k)≠2，3则：y²＝x³+a4x+a6；

若char(k)＝2，且j≠0则y²+xy＝x³+a2x²+a6；

若char(k)＝2，且j＝0则y²+a3y＝x³+a4x+a6；

若char(k)＝3，且j≠0则y²＝x³+x²+a6

若char(k)＝3，且j≠0则y²＝x³+x²+a6；

根据上坡或下坡的坡度切换车辆行驶驱动模式；

在车辆行驶过程中进行档位切换；

利用汽车仪表盘显示车辆行驶速度、油量信息。

进一步，mrd算法的算式为：

其中，ρ(x；σ)为鲁棒估计函数，t：k×l的模板图像，f：m×n的实时图像，1≤m≤m–k+1，1≤n≤n–l+1，当d(m,n)取最小值时，是最佳匹配位置。

进一步，电动机改进后的基于热模型中，电动机过载的基本特征是实际温升超过额定温升，过载保护的根本目的就是防止电动机因过热而烧坏，因此,本发明引入应用很广的一阶电动机热模型方程:

式中:t′(t)为电动机的温升；i′(t)为电动机的电流；c为电动机的热容量系数；h为电动机的散热系数；r为电动机的定子电阻；

令：

式中:tmax为电动机的最大允许温升；ie为电动机的额定电流；

则：

令：

式中:τ为电动机热时间常数；sf为电动机使用系数,一般可取1；

则：

上式中含有微分方程,不便于计算机处理，将其离散化,并设微增量δt、δt,其含义是在极短的δt时间内,电动机的温度由t上升到t+δt:

整理后得：

由上式可知，当知道t时刻的温度t(t)、电流i(t)后,便可计算出t+δt时刻的温度t(t+δt)，因而只要知道nδt时刻的电流,便可得到(n+1)δt时刻的温度,从而可以实时地与最大允许温度比较,时对电动机进行过载保护；

以上方法用数字控制器实现起来十分容易，只要以δt为周期对电流进行采样，然后进行简单的运算即可，该方法与前面的反时限方法相比具有如下优势：

(1)允许负载电流i的随时变动。因为每个计算周期之后，i值需重新采样。而在1个周期之内，因为其时间很短，可假设i不变；

(2)可模拟电动机的散热和热积累，当电动机过载时，则温度t慢慢增加；当电动机不再过载时，t值慢慢降低，与电动机的散热及其相似。

进一步，gps定位器中的组合定位系统模型包括：

对行人定位进行分析，建立“东-北-天”空间坐标系，则状态向量为：

x＝[enusφh]^t

其中：e为“东-北-天”坐标系东向坐标，n为北向坐标，u为海拔，s为步长，φ为航向角，h为高度；

状态方程为：

观测向量为；z＝[zgpszpdr]^t

其中：zgps＝[egpsngpsugps]^t，egps，ngps，ugps分别是gps输出的东向坐标、北向坐标和海拔；

zpdr＝[spdrφpdrhpdr]^tspdr为pdr定位的步长估计，φpdr为航向角估计，hpdr为气压计的高度估计；

观测方程为：

进一步，无线通信加密方法为：

设置代表域k的代数闭域为k^*＝k/{0}为乘法群，且其组成元素均为k中的非零元素，若代数闭域的仿射平面为即：

则

已知代数闭域上的仿射平面曲线是由既约多项式中的零点组成的集合，即

已知c是仿射平面曲线，p＝(x，y)为此曲线上的一个点，若条件满足

则p＝(x，y)即为c上的奇异点，则曲线c是奇异曲线，相反，若曲线上的任意点均不能满足上述条件，此曲线即为非奇异曲线；

若e满足下述方程

e：y²+a1+xy+a3y＝x³+a2x+a4x+a6

假设p＝(x，y)为e上的一个点，且满足x，y∈k，则p即为k的有理点；

则由椭圆曲线上的点组成的点群e(k)能够用下式描述：

e(k)＝{(x，y)：x，y∈k，e(x，y)＝0}∪{0}

设定

则网络通信中椭圆曲线e的判别公式能够描述如下：

式中，仅当δ＝0时，该曲线为奇异曲线；

当e进行同构时，其性质不变，因此可取其简单类型进行计算，即为标准型加密过程，可以分别描述如下：

若char(k)≠2，3则：y²＝x³+a4x+a6；

若char(k)＝2，且j≠0则y²+xy＝x³+a2x²+a6；

若char(k)＝2，且j＝0则y²+a3y＝x³+a4x+a6；

若char(k)＝3，且j≠0则y²＝x³+x²+a6

若char(k)＝3，且j≠0则y²＝x³+x²+a6。

进一步，换挡方法包括：

首先，判断用户是否有输入档位更新请求，如果用户有输入档位更新请求，则将所述车辆的动力系统的扭矩进行清零；

其次，扭矩清零后，摘除旧档；

然后，在所述车辆的动力系统已由纯电动模式切换为发动机与驱动电机之间通过离合器相连的混合动力模式时，调节所述发动机和/或所述驱动电机的转速，使所述发动机和/或所述驱动电机的转速与所述车辆的变速箱的速比相匹配；

最后，挂新档，完成换挡过程。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于车联网的车辆混合动力驱动控制方法的计算机程序。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于车联网的车辆混合动力驱动控制方法的计算机。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于车联网的车辆混合动力驱动控制方法。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于车联网的车辆混合动力驱动控制方法的基于车联网的车辆混合动力驱动控制系统，所述基于车联网的车辆混合动力驱动控制系统包括：

动力模块，与中央控制模块连接，用于通过发动机和电动机给车辆提供动力；

定位模块，与中央控制模块连接，用于通过gps定位器对车辆进行位置定位；

中央控制模块，与动力模块、定位模块、无线通信模块、驱动切换模块、换挡模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；

无线通信模块，与中央控制模块、网络服务器连接，用于通过无线信号连接网络服务器，获取网络信息数据；

驱动切换模块，与中央控制模块连接，用于根据上坡或下坡的坡度切换车辆行驶驱动模式；

换挡模块，与中央控制模块连接，用于车辆行驶过程的档位切换；

显示模块，与中央控制模块连接，用于通过汽车仪表盘显示车辆行驶速度、油量等信息。

进一步，所述驱动切换模块包括检测模块、分析模块、上坡控制模块、下坡控制模块；

检测模块，用于通过坡度检测装置检测混合动力车辆当前对应的路面坡度；

分析模块，用于基于所述路面坡度确定所述混合动力车辆的实际运行姿态；

上坡控制模块，用于在确定所述实际运行姿态为上坡的情况下：判断所述路面坡度是否满足预设上坡条件，在所述路面坡度满足预设上坡条件且混合动力车辆当前的驱动模式为第一驱动模式时，将所述混合动力车辆的驱动模式切换为第二驱动模式；

下坡控制模块，用于在确定所述实际运行姿态为下坡的情况下：判断所述路面坡度是否满足预设下坡条件，在所述路面坡度满足预设下坡条件且混合动力车辆当前的驱动模式为第二驱动模式时，将所述混合动力车辆的驱动模式切换为第一驱动模式。

本发明的优点及积极效果为：

本发明通过驱动切换模块利用专门的坡度检测装置检测混合动力车辆当前对应的路面坡度，从而能够进一步确定混合动力车辆当前的实际运行姿态，从而能够根据混合动力车辆当前的实际运行姿态自动切换到更为合适的驱动模式，不需要人工操作，因此提高了系统的工作效率，同时具有更高的安全性；在混合动力车辆上坡时，若此时混合动力车辆的驱动能力不足，则将其驱动模式切换到驱动能力更大的驱动模式，使得混合动力车辆的运行更加稳定和顺畅，提升乘客的用户体验；在混合动力车辆下坡时，若此时混合动力车辆的驱动模式为非节能驱动模式，则将其驱动模式切换到节能的驱动模式，从而降低了混合动力车辆在运行过程中的能耗；同时通过换挡模块，车辆在进行换挡时，无需将离合器进行分离，能够有效的缩短换挡时间，提高驾驶的舒适性并减少驾驶员的劳动强度，还能够减小离合器的损坏程度，提高离合器的使用寿命，本发明通过电动机的改进热模型方法有效解决了电动机过载深度波动、断续过载的问题,并且易于用微机实现，gps定位器的组合定位系统模型使得滤波器对数据融合的效果更稳定、更精确，无线通信的加密方法有效实现了无线网络通信中的无证书公钥体制下的加密处理，满足了无线网络通信的安全需求。

本发明对车辆进行位置定位后，还需进行位置跟踪，利用mrd算法根据鲁棒统计来改进图像相关性度量方法，利用鲁棒估计函数对象素灰度差进行加权后求和；目标呈点状分布，采用目标特征关联的方法跟踪目标消除干扰对跟踪的影响；当目标进行快速机动时或者存在目标遮挡时，采用自适应滤波器和卡尔曼滤波相结合的方法实现目标参数的滤波预测；可实现定位数据的跟踪，为智能控制提供保证。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于车联网的车辆混合动力驱动控制系统结构框图。

图中：1、动力模块；2、定位模块；3、中央控制模块；4、无线通信模块；5、网络服务器；6、驱动切换模块；7、换挡模块；8、显示模块。

图2是本发明实施例提供的换挡模块换挡方法流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

本发明在驾驶混合动力汽车上坡时，由于驾驶员往往在爬到一定坡度才会加油门，或车速降低到一定速度时才会触发驱动模式的转换，而这时的驱动转换会因为在短时间内形成驱动力的不足而造成汽车抖动，降低用户体验；在下坡时，混合动力汽车一般不再需要额外的驱动力对汽车进行驱动，但混合动力汽车自身无法识别当前处于下坡状态，因此会保持当前驱动模式继续进行驱动，则会造成能源的浪费。

如图1所示，本发明实施例提供的基于车联网的车辆混合动力驱动控制系统，包括：动力模块1、定位模块2、中央控制模块3、无线通信模块4、网络服务器5、驱动切换模块6、换挡模块7、显示模块8。

动力模块1，与中央控制模块3连接，用于通过发动机和电动机给车辆提供动力；

定位模块2，与中央控制模块3连接，用于通过gps定位器对车辆进行位置定位；

中央控制模块3，与动力模块1、定位模块2、无线通信模块4、驱动切换模块6、换挡模块7、显示模块8连接，用于控制各个模块正常工作；

无线通信模块4，与中央控制模块3、网络服务器5连接，用于通过无线信号连接网络服务器5，获取网络信息数据；

驱动切换模块6，与中央控制模块3连接，用于根据上坡或下坡的坡度切换车辆行驶驱动模式；

换挡模块7，与中央控制模块3连接，用于车辆行驶过程的档位切换；

显示模块8，与中央控制模块3连接，用于通过汽车仪表盘显示车辆行驶速度、油量等信息。

本发明提供的驱动切换模块6包括检测模块、分析模块、上坡控制模块、下坡控制模块；

检测模块，用于通过坡度检测装置检测混合动力车辆当前对应的路面坡度；

分析模块，用于基于所述路面坡度确定所述混合动力车辆的实际运行姿态；

上坡控制模块，用于在确定所述实际运行姿态为上坡的情况下：判断所述路面坡度是否满足预设上坡条件，在所述路面坡度满足预设上坡条件且混合动力车辆当前的驱动模式为第一驱动模式时，将所述混合动力车辆的驱动模式切换为第二驱动模式；

下坡控制模块，用于在确定所述实际运行姿态为下坡的情况下：判断所述路面坡度是否满足预设下坡条件，在所述路面坡度满足预设下坡条件且混合动力车辆当前的驱动模式为第二驱动模式时，将所述混合动力车辆的驱动模式切换为第一驱动模式。

如图2，本发明实施例提供的换挡模块7换挡方法如下：

s101：首先，判断用户是否有输入档位更新请求，如果用户有输入档位更新请求，则将所述车辆的动力系统的扭矩进行清零；

s102：其次，扭矩清零后，摘除旧档；

s103：然后，在所述车辆的动力系统已由纯电动模式切换为发动机与驱动电机之间通过离合器相连的混合动力模式时，调节所述发动机和/或所述驱动电机的转速，使所述发动机和/或所述驱动电机的转速与所述车辆的变速箱的速比相匹配；

s104：最后，挂新档，完成换挡过程。

本发明工作时，通过动力模块1由发动机和电动机给车辆提供动力；通过定位模块2对车辆进行位置定位；中央控制模块3通过无线通信模块4利用无线信号连接网络服务器5，获取网络信息数据；通过驱动切换模块6根据上坡或下坡的坡度切换车辆行驶驱动模式；通过换挡模块7在车辆行驶过程中进行档位切换；通过显示模块8利用汽车仪表盘显示车辆行驶速度、油量等信息。

下面结合具体分析对本发明作进一步描述。

本发明实施例提供的基于车联网的车辆混合动力驱动控制方法，所述基于车联网的车辆混合动力驱动控制方法包括：

通过动力模块改进后的基于热模型由发动机和电动机给车辆提供动力；式中：t′(t)为电动机的温升；i′(t)为电动机的电流；c为电动机的热容量系数；h为电动机的散热系数；r为电动机的定子电阻；

通过定位模块集成的gps定位器中的组合定位系统模型建立东-北-天空间坐标系，状态向量为：x＝[enusφh]^t，对车辆进行位置定位；其中：e为“东-北-天”坐标系东向坐标，n为北向坐标，u为海拔，s为步长，φ为航向角，h为高度；

对车辆进行位置定位后，还需进行位置跟踪，利用mrd算法根据鲁棒统计来改进图像相关性度量方法，利用鲁棒估计函数对象素灰度差进行加权后求和；目标呈点状分布，采用目标特征关联的方法跟踪目标消除干扰对跟踪的影响；当目标进行快速机动时或者存在目标遮挡时，采用自适应滤波器和卡尔曼滤波相结合的方法实现目标参数的滤波预测；

中央控制模块通过无线通信模块利用无线信号连接网络服务器，获取网络信息数据；

无线通信模块连接网络服务器中，通过加密方法进行数据的处理与传输；

其中，传输条件为：

若char(k)≠2，3则：y²＝x³+a4x+a6；

若char(k)＝2，且j≠0则y²+xy＝x³+a2x²+a6；

若char(k)＝2，且j＝0则y²+a3y＝x³+a4x+a6；

若char(k)＝3，且j≠0则y²＝x³+x²+a6

若char(k)＝3，且j≠0则y²＝x³+x²+a6；

根据上坡或下坡的坡度切换车辆行驶驱动模式；

在车辆行驶过程中进行档位切换；

利用汽车仪表盘显示车辆行驶速度、油量信息。

本发明实施例提供的优选实施例，mrd算法的算式为：

其中，ρ(x；σ)为鲁棒估计函数，t：k×l的模板图像，f：m×n的实时图像，1≤m≤m-k+1，1≤n≤n-l+1，当d(m，n)取最小值时，是最佳匹配位置。

本发明实施例提供的优选实施例，电动机改进后的基于热模型中，电动机过载的基本特征是实际温升超过额定温升，过载保护的根本目的就是防止电动机因过热而烧坏，因此，本发明引入应用很广的一阶电动机热模型方程：

式中：t′(t)为电动机的温升；i′(t)为电动机的电流；c为电动机的热容量系数；h为电动机的散热系数；r为电动机的定子电阻；

令：

式中：tmax为电动机的最大允许温升；ie为电动机的额定电流；

则：

令：

式中：τ为电动机热时间常数；sf为电动机使用系数，一般可取1；

则：

上式中含有微分方程，不便于计算机处理，将其离散化，并设微增量δt、δt，其含义是在极短的δt时间内，电动机的温度由t上升到t+δt：

整理后得：

由上式可知，当知道t时刻的温度t(t)、电流i(t)后，便可计算出t+δt时刻的温度t(t+δt)，因而只要知道nδt时刻的电流，便可得到(n+1)δt时刻的温度，从而可以实时地与最大允许温度比较，时对电动机进行过载保护；以上方法用数字控制器实现起来十分容易，只要以δt为周期对电流进行采样，然后进行简单的运算即可，该方法与前面的反时限方法相比具有如下优势：

(1)允许负载电流i的随时变动。因为每个计算周期之后，i值需重新采样。而在1个周期之内，因为其时间很短，可假设i不变；

(2)可模拟电动机的散热和热积累，当电动机过载时，则温度t慢慢增加；当电动机不再过载时，t值慢慢降低，与电动机的散热及其相似。

本发明实施例提供的优选实施例，gps定位器中的组合定位系统模型包括：

对行人定位进行分析，建立“东-北-天”空间坐标系，则状态向量为：

x＝[enusφh]^t

其中：e为“东-北-天”坐标系东向坐标，n为北向坐标，u为海拔，s为步长，φ为航向角，h为高度；

状态方程为：

观测向量为；z＝[zgpszpdr]^t

其中：zgps＝[egpsngpsugps]^t，egps，ngps，ugps分别是gps输出的东向坐标、北向坐标和海拔；

zpdr＝[spdrφpdrhpdr]^tspdr为pdr定位的步长估计，φpdr为航向角估计，hpdr为气压计的高度估计；

观测方程为：

本发明实施例提供的优选实施例，无线通信加密方法为：

设置代表域k的代数闭域为k^*＝k/{0}为乘法群，且其组成元素均为k中的非零元素，若代数闭域的仿射平面为即：

则

已知代数闭域上的仿射平面曲线是由既约多项式中的零点组成的集合，即

已知c是仿射平面曲线，p＝(x，y)为此曲线上的一个点，若条件满足

则p＝(x，y)即为c上的奇异点，则曲线c是奇异曲线，相反，若曲线上的任意点均不能满足上述条件，此曲线即为非奇异曲线；

若e满足下述方程

e：y²+a1+xy+a3y＝x³+a2x+a4x+a6

假设p＝(x，y)为e上的一个点，且满足x，y∈k，则p即为k的有理点；

则由椭圆曲线上的点组成的点群e(k)能够用下式描述：

e(k)＝{(x，y)：x，y∈k，e(x，y)＝0}∪{0}

设定

则网络通信中椭圆曲线e的判别公式能够描述如下：

式中，仅当δ＝0时，该曲线为奇异曲线；

当e进行同构时，其性质不变，因此可取其简单类型进行计算，即为标准型加密过程，可以分别描述如下：

若char(k)≠2，3则：y²＝x³+a4x+a6；

若char(k)＝2，且j≠0则y²+xy＝x³+a2x²+a6；

若char(k)＝2，且j＝0则y²+a3y＝x³+a4x+a6；

若char(k)＝3，且j≠0则y²＝x³+x²+a6

若char(k)＝3，且j≠0则y²＝x³+x²+a6。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。